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World File Search System量子化学
迈向量子化学的高效量子计算
在当前嘈杂的中等规模量子 (NISQ) 体制下，人们设计了各种算法来取得实用的量子优势。这些 NISQ 算法大多数都是变分的，即基于变分定理。变分量子算法 (VQA) 17,18 可以通过将不需要量子属性的计算卸载到传统计算机上来显著减少量子电路深度。这个想法自然而然地源于尽可能少地使用量子计算机。VQA 是启发式的，依赖于一个按照某种方案进行优化的拟定电路。VQA 的一个相当大的缺点是这个优化过程需要许多测量，这个因素可能会限制或消除获得实用量子优势的机会。14 尽管存在这个缺点，但由于与当前硬件限制有关的原因，VQA 是迄今为止研究最多的量子算法类型。变分量子特征值求解器 (VQE) 19,20 是最著名的 VQA。然而，其他方法，如变分量子虚时间演化 (VarQITE)，也是有竞争力的替代方案。21
Overlap-ADAPT-VQE：通过重叠引导的紧凑型模拟在量子计算机上进行实用量子化学
ADAPT-VQE 是一种用于近期量子计算机上量子化学系统混合量子经典模拟的稳健算法。虽然其迭代过程系统地达到基态能量，但 ADAPT-VQE 的实际实现对局部能量最小值很敏感，导致过度参数化的假设。我们引入了 Overlap-ADAPT-VQE，通过最大化它们与已经捕获一些电子相关性的任何中间目标波函数的重叠来增加波函数。通过避免在散布局部最小值的能量景观中构建假设，Overlap-ADAPT-VQE 产生了超紧凑的假设，适用于高精度初始化新的 ADAPT 程序。对于强相关系统，与 ADAPT-VQE 相比具有显著优势，包括电路深度的大幅节省。由于这种压缩策略也可以用精确的选定配置相互作用 (SCI) 经典目标波函数进行初始化，因此它为更大系统的化学精确模拟铺平了道路，并增强了通过量子计算的力量决定性地超越经典量子化学的希望。
用于量子化学的量子学习机 (QLM) 的开源变分量子特征求解器扩展
试图在大型系统上达到完全精确度显然面临着所谓的“指数墙”，这限制了最精确方法对更复杂的化学系统的适用性。到目前为止，用经典超级计算机执行的最大计算量也只包括数百亿个行列式 4 ，有 20 个电子和 20 个轨道，随着大规模并行超级计算机架构的进步，希望在不久的将来解决接近一万亿个行列式（24 个电子、24 个轨道）的问题。5 鉴于这些限制，必须使用其他类别的方法来近似更大的多电子系统的基态波函数。它们包括：(i) 密度泛函理论 (DFT)，它依赖于单个斯莱特行列式的使用，并且已被证明非常成功，但无法描述强关联系统 6 – 8 ； (ii) 后 Hartree - Fock 方法，例如截断耦合团簇 (CC) 和组态相互作用 (CI) 方法，即使在单个 Slater 行列式之外仍然可以操作，但由于大尺寸分子在 Slater 行列式方面的计算要求极高，因此不能应用于大尺寸分子。9 – 16 一个很好的例子是“黄金标准”方法，表示为耦合团簇单、双和微扰三重激发 CCSD(T)。事实上，CCSD(T) 能够处理几千个基函数，但代价是巨大的运算次数，而这受到大量数据存储要求的限制。17 无论选择哪种化学基组（STO-3G、6-31G、cc-pVDZ、超越等），这些方法都不足以对大分子得出足够准确的结果。 Feynman 18,19 提出的一种范式转变是使用量子计算机来模拟量子系统。这促使社区使用量子计算机来解决量子化学波函数问题。直观地说，优势来自于量子计算机可以比传统计算机处理“指数级”更多的信息。20 最近的评论提供了有关开发专用于量子化学的量子算法的策略的背景材料。这些方法包括量子相位估计（QPE）、变分量子特征值求解器（VQE）或量子虚时间演化（QITE）等技术。21 – 24 所有方法通常包括三个关键步骤：（i）将费米子汉密尔顿量和波函数转换为量子位表示；（ii）构建具有一和两量子位量子门的电路；（iii）使用电路生成相关波函数并测量给定汉密尔顿量的期望值。重要的是，目前可用的量子计算机仍然处于嘈杂的中型量子（NISQ）时代，并且受到两个主要资源的限制：
量子信息理论能为量子化学提供什么帮助？
量子化学（QChem）及其准确预测分子和材料性质的能力如今对于广泛的现代量子科学而言是不可或缺的。例如，它加深了我们对化学过程的理解，1 – 6 并推动了材料科学的发展。7 – 16 近年来，QChem 的成功不仅归功于理论和算法方面的重大进步，也归功于硬件计算能力的提高。事实上，几乎所有现代量子化学技术都依赖于多体波函数的紧凑表示（即有效存储）和有效操控 17 – 23 或相应的约化密度矩阵。24 – 28 特别是对于弱关联系统，即使在大规模下也可以常规获得有效和准确的解。29 – 32 相比之下，强关联问题仍然是一个关键挑战。量子计算或许是解决这一问题的一个有希望的方向
Spiers 纪念讲座：量子化学、经典启发式和量子优势
本文是关于化学物质的量子模拟。虽然这是一篇化学期刊上关于法拉第讨论的介绍性文章，但实际上它是为两个读者群撰写的：量子化学家和量子信息理论家。这是因为，尽管近年来量子化学和量子信息理论的交集越来越多，但一个领域的从业者往往对另一个领域的观点了解有限。本文的一个目的是描述量子化学家对化学物质中量子多体问题的直觉。这种直觉指导了当今对改进方法及其应用的研究。另一个目的是给出一个关于量子化学的有利观点，希望能够强调量子信息理论家的一些关注点，我们相信这对量子化学的未来发展有用。量子信息论是一个具有可证明结果的数学领域，而量子化学主要是经验领域。由于作者是量子化学家，本文以量子化学的非正式风格撰写。在某些情况下，它提供了作者的（非严谨的）个人意见。直觉和意见显然不是定理，但我们希望它们能够在前进的道路不明朗时成为有价值的路标。
使用基于片段的量子化学计算蛋白质-配体相互作用能量的收敛协议
基于碎片的量子化学方法提供了一种避免电子结构计算的非线性缩放的方法，因此可以使用高级方法研究大型分子系统。在这里，我们使用碎片来计算具有数千个原子的系统中的蛋白质-配体相互作用能，使用一种用于管理基于碎片的计算的新软件平台，该平台实现了屏蔽多体展开。使用最小基半经验方法 (HF-3c) 进行的收敛测试表明，使用单残基碎片和简单氢帽的二体计算足以重现使用传统超分子电子结构计算获得的相互作用能，误差在 1 kcal/mol 以内，计算成本约为 1%。我们还表明，HF-3c 结果说明了密度泛函理论在增强四倍 ζ 质量的基组中获得的趋势。碎片化的战略部署有利于融合生物分子模型系统与高质量电子结构方法和基组一起使用，将从头算量子化学引入迄今为止难以想象的规模的系统。这将有助于为机器学习应用生成高质量的训练数据。
高压电气：量子化学透视
图2：从大气条件（1 atm〜0.0001 GPA）到在天然气巨星（如土星）的内部室内发现的压力（1 ATM约0.0001 GPA）的压力示意图，例如土星，甚至是棕色的矮人。在我们显示的现象中，我们显示的现象：钻石的形成与地壳中发现的钻石相当； 19 MGSIO 3的磨牙后相变，该期在我们星球内部的地球物理特性中起主要作用； 37钠在转化为Na-HP 4期后的金属向绝缘体过渡； 4以及用于国家点火设施（劳伦斯·利弗莫尔国家实验室）的惯性融合反应的目标。38
量子化学和光谱学：课程大纲
期中考试及如果您缺席：10 月 11 日星期五和 11 月 15 日星期五的正常上课时间将安排两次 50 分钟的期中考试（见上文）。考试形式为问题和简答题（可以是计算或/和口头答案）。闭卷考试，需要计算器。不提供备忘单。没有补考。如果您缺席第一次期中考试，分数（百分比）将移至第二次期中考试，如果您缺席第二次期中考试，分数将移至期末考试。如果您缺席两次期中考试，期末考试将占评估的 100%。无需任何文件即可激活这些重新加权，学生甚至不需要联系教师。